Кислородно-конверторное производство

Кислородно-конверторное производство - выплавка стали из жидкого чугуна в конверторе с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Исходные материалы: жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь (для шлака), железная руда, боксит (Al₂O₃) и плавиковый шпат CaF₂ - для разжижения шлака.

Грузопотоки кислородно-конверторного цеха представлены на рис. 3.8.

Металлолом подают железнодорожным транспортом в отделение магнитных материалов I и загружают в приемные бункеры. Совки заполняют металлоломом с помощью магнитно-грейферных кранов 28. Груженые совки взвешивают и устанавливают на скраповоз 1, подающий их на рабочую площадку или в загрузочный пролет. Завалку металлолома в конвертор 3 осуществляют загрузочной машиной 4.

В зависимости от типа применяемых миксеров – стационарных или передвижных – подачу и заливку жидкого чугуна в конвертор осуществляют двумя способами. В первом случае чугун доставляют в ковшах чугуновозов 13 из доменного цеха в миксерное отделение IV и краном сливают в стационарный миксер 12 . При необходимости чугун выдают из миксера в ковши самоходных чугуновозов 11, транспортирующих его в загрузочный пролет к конверторам. Чугун заливают заливочным краном 10. Во втором случае чугун подают передвижными миксерами 14 в отделение перелива IV, в котором наполняют заливочные ковши. Транспортировку ковшей в главный корпус производят самоходными чугуновозами 15, заливу чугуна – заливочным краном 10.

Сыпучие материалы доставляют в шихтовое отделение II немагнитных материалов. Материалы из полувагонов 30 разгружают в приемные бункеры 29 с последующей выдачей электровибрационными питателями. Подачу материалов в расходные бункеры 9 конверторного корпуса III осуществляют наклонным конвейерным трактом 7 реверсивными передвижными конвейерами 8. Система 6 весового дозирования и подачи, обеспечивает загрузку определенных порций шлакообразующих материалов в конвертор в процессе плавки.

Технически чистый кислород в конвертор подают машиной 5 через фурму.

Доставленные в цех контейнеры с ферросплавами разгружают краном в расходные бункеры 16. Взвешенные порции ферросплавов нагревают в камерных печах 17 и по течке 18 подают в сталеразливочный ковш.

Сталь из конвертора сливают в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе 19. В конверторных цехах сталь разливают двумя способами.

Согласно первому способу ковш со сталью передают сталевозом в разливочное отделение V или в разливочные пролеты, примыкающие к главному корпусу. Изложницы заполняют металлом из ковша, перемещаемого разливочным краном 20 над составом 21 с изложницами. После кристаллизации слитков составы с изложницами подают в стрипперное отделение VI для извлечения слитков стрипперным краном 22. Затем состав с изложницами и отделенными слитками отправляют в нагревательное отделение обжимного стана VII, в котором слитки устанавливают в нагревательные колодцы, а изложницы направляют на душирующую установку. Затем изложницы поступают в отделение чистки и смазки IX, а затем – в отделение подготовки составов X.

По второму способу сталеразливочный ковш подают сталевозом в отделение непрерывного литья V и устанавливают разливочным краном на стенд 23. Заготовки, получаемые на МНЛЗ 24, поступают в прокатный цех.

Шлак из конвертора сливают в ковш самоходного шлаковоза 2 и передают в шлаковый пролет, где переставляют чашу на уборочный шлаковоз 26, а затем направляют в шлаковое отделение XI для охлаждения и последующего дробления ударами бабы, поднимаемой краном 27. Переработанный шлак отгружают в отвал думпкарами 25.

Технология плавки в кислородном конверторе:

1. Наклон перед плавкой, завалочные машины совками загружают скрап (сталь, лом, брикеты, пакеты). Возврат в вертикальное положение для разравнивания скрапа.

2. Наклон и заливка чугуна при t = 1250- 1400⁰С. Поворот в вертикальное положение.

3. Введение фурмы и продувка кислородом. Одновременно из бункеров сверху подают известь, боксит, железную руду. Окисление примесей, перемешивание со шлаком температура до 2400⁰С.

4. Слив стали и шлака.

Сущность процесса плавки: окисление Fe, затем FeO окисляет Si, Mn, C. Сера удаляется на всех стадиях. Фосфор также удаляется благодаря наличию в шлаке CaO, FeO, но содержание P и S, в чугуне не должно быть большим, т.к. придется сливать шлак и заливать новый. Подача кислорода заканчивается,

когда содержание С- соответствует заданному. Выпуск стали через отверстие, раскисление в ковше ферросплавами (FeMn, FeSi) или алюминием Al.

В конверторе выплавляются конструкционные стали с различным содержанием углерода, а также низколегированные стали. Легирующие элементы вводят в ковш перед разливкой. Продолжительность плавки 25-50 минут.

Схема конвертора изображена на рис. 3.2. Корпус 2 конвертера сварен из нескольких обечаек, изготовленных гибкой и штамповкой из листового металла и изнутри футерован огнеупорами 1. Горловина конвертера усилена литой конической обечайкой, к которой болтами прикреплен массивный литой шлем. Цилиндрическая часть корпуса усиле­на приваренным несущим поясом 8, состоящим из кронштейнов 6 подвесок 10, опоры 9, упора, связанных двумя рядами верхних и нижних дуго­образных ребер жесткости. В сферическую обечайку вварено литое кольцо 7, служащее для крепления вставного днища клиньями. Последнее отсоединяют от корпуса при проведении ремонта для облегчения ломки и удаления выгоревшей футеровки, а также для ускорения охлаждения корпуса воздухом, подающимся вентиляторами.

Цельносварное опорное кольцо выполняют из двух литых цапфовых плит 5 сзапрессованными цапфами 4 и двух сварных секторов 3 коробчатого сечения с внутренними вертикальными ребрами.

Мартеновское производство

Мартеновская печь (рис.3.3) — пламенная отражательная регенеративная печь. Она имеет рабочее плавильное пространство, ограниченное снизу подиной, сверху сводом, а с боков передней 5 и задней стен­ками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стен­кам печи.

Свод мартеновской печи делают из огнеупорного кирпича. В передней стенке печи имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней — отверстие (летка)для выпуска готовой стали. Головки печи 2 служат для смешения топлива (мазута или газа) с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство.

Для подогрева воздуха и газа (при работе на низкокалорийном газе) печь имеет два регенератора 1. Регенератор—это камера, в которой размещена насадка — огнеупорный кирпич.

Газовый факел 7 способствует окислению примесей шихты 6. Для интенсификации процесса окисления в жидкий металл подают кислород при помощи фурм 3. Мартеновский газ удаляется через систему газоотводов, систему газоочистки (не показана) и дымовую трубу 8.

В зависимости от состава шихты может производиться два вида плавки: «скрап – процесс», в котором шихта - стальной лом и 25-45% чушкового передельного чугуна (жидкого чугуна нет); «скрап- рудный процесс» - 55-75% жидкого чугуна, остальное скрап и железная руда.

Технология скрап-рудного процесса.

1. Завалочная машина через окна загружает железную руду и известняк

2. Их прогрев

3. Подача скрап (стального лома)

4. Прогрев скрапа

5. Заливка жидкого чугуна

6. Период плавки скрапа. Интенсивное окисление примесей. Раствор SiO₂, P₂O₃, MnO, CaO и извести образуют шлак. Частично окисляется углерод.

7. Период «кипения» - загружают руду, или продувают ванну металла кислородом. Интенсивное окисление углерода с образованием СО. Подачу топлива и воздуха отключают и удаляют шлак через загрузочные окна. Для удаления серы добавляют новый шлак - известь с добавлением боксита или плавикового шпата. Образуемое соединение CaS всплывает в шлак. В период "кипения" сталь доводится до заданного химического состава.

8. Раскисление в два этапа: а) в период "кипения" прекращают подачу руды и добавляют раскилители (FeMn, FeSi, Al); б) окончательно раскискисляют сталь, добавляя Al и FeSi в ковш после выпуска стали из печи.

9. Отбор контрольных проб.

10. Выпуск стали в ковши. Для этого сверлят, или пробивают леточную массу в летке.

Мартеновским способом можно выплавить практически любые марки стали.

Схема грузопотоков мартеновского цеха представлена на рис. 3.4.

Литература: [10],[5],[6],[7],[14]

Контрольные вопросы

1. Чем отличается чугун от стали?

2. Сущность процесса выплавки стали?

3. Что добавляют в расплав для ускорения образования FeO?

4. Что происходит на этапе расплавления шихты?

5. Что происходит на этапе "кипения" стали?

6. Что происходит при раскислении стали?

7. Что является окислителем углерода в кислородно-конверторном способе?

8. Что является окислителем углерода в мартеновском производстве?

9. В чем принципиальное различие кислородно-конверторного и мартеновского производства стали?

Лекция 4. Разливка стали

План

4.1 Производство (переплав) стали в электропечах. Способы улучшения качества жидкой стали. Разливка стали

4.2 Классификация и маркировка конструкционных материалов

4.1 Производство (переплав) стали в электропечах. Способы улучшения качества жидкой стали. Разливка стали

Электросталеплавильные печи предназначены для переплава низкокачественной стали и получения стали высокого качества, углеродистой, легированной. Преимущество переплава в электропечах – имеется возможность получать высокую температуру металла, создавать любую атмосферу (окислительную, восстановительную, нейтральную, вакуум), что позволяет выплавлять сталь любого состава.

На рис. 4.1 представлена конструкция дуговой электросталеплавильной печи с поворачивающимся сводом ДСП-80. Корпус 1 печи установлен на роликах в люльке 3, опирающейся своими сегментами 21 на фундаментные балки 4. при сливе металла и скачивании шлака печь наклоняется двумя реечными механизмами с электроприводами 5. Загрузка печи производится сверху специальной загрузочной бадьей 20. Для завалки шихты свод 2 приподнимают цепным механизмом 8 и отводят в сторону вместе с полупорталом 6 посредством механизма поворота свода 11. Опора 7 полупортала закреплена в люльке 3. Для поворота корпуса на некоторый угол в обе стороны служит механизм поворота 9. Электрод 14 закрепляют на концах электрододержателя 15 механизма зажима 16; каретки электрододержателей перемещаются по колоннам 17. Ток подводится к печи от трансформатора гибкими шинами 18. Для каждого электрода предусмотрен свой независимый механизм перемещения 10, расположенный на площадке полупортала. Жидкий металл сливают через носок 13. Заправку подины (днища), скачивание шлака, загрузку ферросплавов, шлакообразующих и легирующих элементов выполняют через рабочее окно 12, снабженное заслонкой с механизмом подъема. В средней части люльки размещено устройство 19 для электромагнитного перемешивания металла в ванне.

Технология плавки на углеродистой шихте (для производства конструкционных сталей):

1) Загрузка шихты: стальной лом (90%),чушковый передельный чугун (до 10%), электродный бой или кокс для науглераживания металла и известь 2-3%.

2) Опускание электродов и включение тока.

3) Плавление шихты. Окисление Fe, Si, P, Mn и частичное - углерода кислородом воздуха и оксидами шихты и окалины.

4) Нагрев металла и шлака на 1500-1540⁰ С. Загрузка руды и извести - период "кипения". Окисление углерода.

5) Окончание «кипения» (содержание С < заданного ). Удаление шлака.

6) Удаление серы и раскисление стали, доведение химсостава. Для этого добавляют MnSi, CaSi (раскислители), затем – известь. Затем в шлак вводят еще (после образования шлака) известь, CaF, молотый кокс, FeSi – для раскисления. Шлак становится белым. В этой период удаляется S с образованием CaS.

7) Отбор проб, при необходимости добавление ферросплавов, окончательное окисление Al и Ca и доводка стали до заданных параметров.

8) Выпуск стали в ковш.

Способы улучшения качества жидкой стали. После плавки даже в качественной стали остаются примеси, азы, неметаллические включения, поэтому дополнительно производится обработка жидкой стали в ковше, вакуумирование и т.д. Рассмотрим некоторые способы улучшения качества стали.

1) Обработка синтетическим шлаком: вначале в ковш заливают жидкий шлак - 55% CaО, 45% Al₂O3 и SiO₂, MnO. Затем в ковш заливают жидкую сталь. Сталь и шлак перемешиваются, за счет большой площади контакта происходит интенсивное удаление S, P и др. примесей, а также газов. Шлак сливают.

2) Электрошлаковый переплав: отливается стальной слиток – электрод. Затем его опускают в специальную изложницу (второй электрод), погружая в жидкий шлак. При прохождении тока через слиток, он нагревается и расплавленные капли стали очищаются, проходя через шлак. Таким способом выплавляют особовысококачественные стали.

3) Вакуумирование стали. Жидкий металл помещают в разреженную атмосферу, при этом удаляются растворенные в металле газы, одновременно подаются специальные добавки и производится очистка от неметаллических примесей.

4) Вакуумно-дуговой и вакуумно-индукционный переплав в специальных печах для получения высококачественного металла.

Разливка стали. Разливка стали может выполняться двумя способами. Сталь из печи сливают в ковш, затем производится разливка или в изложницы, или на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Разливка слитков производится двумя способами: сверху и сифонная (несколько слитков через специальную систему каналов - снизу).

Общие недостатки разливки в слитки: низкая производительность; часть слитка приходится удалять (из-за наличия в верхней и нижней частях газов, неметаллических включений), а это - потери металла; необходимость последующей прокатки на обжимных станах.

В изложницы сверху (рис. 4.2, а) сталь разливают не­посредственно из ковша 1.

При сифонной разливке (рис. 4.2, б) сталью запол­няют одновременно несколько изложниц (4—6). Изложницы уста­навливают на поддоне 6, в центре которого располагается центро­вой литник 3, футерованный огнеупорными трубками 4, соединенный каналами 7 с изложницами. Жидкая сталь 2 из ковша 1 поступает в центровой литник и снизу плавно без разбрызгивания заполняет изложницы 5, закрытые сверху прибыльной надставкой 8 с футеровкой 9.Поверхность слитка получается чистой, можно раз­ливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц. Для обычных углеродистых сталей используют разливку сверху, а для легированных и высококачественных — разливку сифоном.

Разливка на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Преимущества: непрерывность, высокая производительность, практически любое поперечное сечение слитка, ликвидация прокатки на обжимных станах, т.к. получают готовые литые слябы, заготовки и др.

Применяются различные типы МНЛЗ, но наиболее распространенная - криволинейная МНЛЗ.

Суть процесса: сталь разливается в водоохлаждаемую "изложницу'' без дна – кристаллизатор, в котором образуется твердая корочка по периметру слитка (внутри – жидкий металл) и слиток, застывая, постепенно опускается вниз.

Перед началом разливки в кристаллизатор помещают затравку (временное ''дно'' кристаллизатора), затем, после выхода слитка ее специальным устройством отделяют и убирают. Выход готовых заготовок - 96-98 %.

В состав двухручьевой слябовой машины криволинейного типа МНЛЗ входят (рис. 4.3): сталеразливочный стенд 1, тележка 2 с круговым движением для промежуточного ковша 3, радиальный кристаллизатор 4 с механизмом качания 5, верх­няя и нижняя секции неприводной роликовой проводки 6, криволи­нейный участок приводной роликовой проводки 7, пружинно-винтовой механизм 8 для перемещения и прижатия роликов, механизм привода вращения рабочих роликов

11, роликовые секции горизонтального участка 9, самоходная машина 10 для ввода затравки в кристаллиза­тор, а также машина газовой резки слитка на мерные длины, устройст­во с криволинейными направляющими для подъема и опускания роли­ковых секций при их замене, уборочные рольганги и механизмы для передачи и штабелирования слябов.

Кристаллизация и строение слитков.

Залитая в изложницу сталь отдает теплоту ее стенкам, поэтому затвердение - у стенок. Сталь застывает в виде кристаллов дендридной формы. В зависимости от степени раскисления изменяется строение слитка. У слитков из спокойной стали (изложницы с расширением кверху) строение плотное, у слитков из кипящих сталей (изложницы с расширением книзу) внутри имеются «соты» - застывшие пузыри СО.

Спокойная сталь (рис. 4.4, а) затвердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная раковина 1, а в средней — усадочная осевая рыхлость.

Слиток спокойной стали (рис.4.4, а) имеет сле­дующее строение: тонкую наружную корку А из мелких равноосных кристаллов; зону Б крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону В крупных, неориентированных кристаллов; конус осаждения Г — мелкокристаллическую зону у донной части слитка. Прибыльную и подприбыльную части слитка, а также донную его часть при прокат­ке отрезают.

В слитках кипящей стали(рис.4.4, б) не образуется уса­дочная раковина: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении стали в изложнице. При про­катке слитка газовые пузыри завариваются. Слиток кипящей стали имеет следующее строение:плотную наружную корку А без пузырей, из мелких кристаллитов, зону сотовых пузырей П, вытянутых к оси слитка и располагаю­щихся между кристаллитами Б, зону В неориентированных кристал­лов, промежуточную плотную зону С, зону вторичных круглых пузырей К и среднюю зону Д с отдельными пузырями, которых больше в верхней части слитка.